JPH0618412A - Scanning refractive index microscope - Google Patents

Scanning refractive index microscope

Info

Publication number
JPH0618412A
JPH0618412A JP17544692A JP17544692A JPH0618412A JP H0618412 A JPH0618412 A JP H0618412A JP 17544692 A JP17544692 A JP 17544692A JP 17544692 A JP17544692 A JP 17544692A JP H0618412 A JPH0618412 A JP H0618412A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
light
refractive index
scanning
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP17544692A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihito Kimura
俊仁 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP17544692A priority Critical patent/JPH0618412A/en
Publication of JPH0618412A publication Critical patent/JPH0618412A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a scanning microscope that is able to eliminate any effect of transmission factor and reflection factor of a sample and to visualize the refractive index distribution aright. CONSTITUTION:A transmitted light 11' out of a sample 23 is imaged to a point image Q by a condenser lens 27, and the quantity of this transmitted light 11' is detected by a photo detector 29 via a pinhole plate 28 set up in and around this imaged position. In addition, pinhole plate 28 and photodetector 29 are shifted in an optical axial direction (z direction) by a piezoelectric element 51, while a position of the pinhole plate 28 at a time when light quantity data at each picture elect varying with this shifting takes the maximum value is sought at each picture element by a computer 55. Then, a sample refractive index at each picture element is operated on the basis of a specified formula from a position of the pinhole plate 28 by this computer 55.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は走査型顕微鏡、特に詳細
には、試料の屈折率分布を可視化する走査型屈折率顕微
鏡に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning microscope, and more particularly to a scanning refractive index microscope for visualizing the refractive index distribution of a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、照明光を微小な光点に収束さ
せ、この光点を試料上において2次元的に走査させ、そ
の際該試料を透過した光あるいはそこで反射した光、さ
らには試料から発せられた蛍光を光検出器で検出して、
試料の拡大像を担持する電気信号を得るようにした光学
式走査型顕微鏡が公知となっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, illumination light is converged on a minute light spot, and this light spot is two-dimensionally scanned on a sample, and at that time, light transmitted through the sample or light reflected there, and further a sample The fluorescence emitted from is detected by a photodetector,
Optical scanning microscopes are known which are adapted to obtain an electrical signal carrying an enlarged image of the sample.

【0003】この光学式走査型顕微鏡は基本的に、試料
が載置される試料台と、照明光を発する光源と、この照
明光を試料上において微小な光点として結像させる送光
光学系と、上記試料からの光束(透過光、反射光あるい
は蛍光)を集光して点像に結像させる受光光学系と、こ
の点像を検出する光検出器と、上記光点を試料上におい
て2次元的に走査させる走査手段とから構成されるもの
である。なお特開昭62-217218 号公報には、この光学式
走査型顕微鏡の一例が示されている。
This optical scanning microscope is basically a sample stage on which a sample is placed, a light source for emitting illumination light, and a light-sending optical system for forming an image of this illumination light as a minute light spot on the sample. A light-receiving optical system that collects the light flux (transmitted light, reflected light, or fluorescence) from the sample to form a point image, a photodetector that detects the point image, and the light point on the sample. It is composed of a scanning means for two-dimensionally scanning. An example of this optical scanning microscope is shown in Japanese Patent Laid-Open No. 62-217218.

【0004】一方従来より、透明な物体の屈折率分布を
観察するための顕微鏡の一つとして、位相差顕微鏡が提
供されている。この位相差顕微鏡は基本的に、試料をは
さんで互いに反対側に配されたλ/4板等の位相板とリ
ング絞りとを有し、試料で回折した照明光と、試料を透
過あるいはそこで反射した非回折照明光の一方のみに位
相遅れを与えた上で干渉させ、それにより、試料の屈折
率分布を明暗に変換するようにしたものである。また、
特開平4-156507号公報に示されるように、走査型の位相
差顕微鏡も既に提案されている。
On the other hand, conventionally, a phase contrast microscope has been provided as one of the microscopes for observing the refractive index distribution of a transparent object. This phase-contrast microscope basically has a phase plate such as a λ / 4 plate and a ring diaphragm that are arranged on opposite sides of the sample, and the illumination light diffracted by the sample and transmitted through the sample or there. In this method, only one of the reflected non-diffracted illumination light is given a phase delay and then interfered, thereby converting the refractive index distribution of the sample into light and dark. Also,
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-156507, a scanning phase contrast microscope has already been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
位相差顕微鏡においては、試料からの透過光あるいは反
射光の光量が、試料の屈折率とは別にその透過率あるい
は反射率によっても変化してしまうので、試料の純粋な
屈折率分布を正しく観察できないことも有り得る。
However, in the phase contrast microscope as described above, the amount of transmitted light or reflected light from the sample changes depending on the transmittance or reflectance of the sample in addition to the refractive index of the sample. Therefore, the pure refractive index distribution of the sample may not be correctly observed.

【0006】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、試料の屈折率分布を正確に可視像化でき
る走査型屈折率顕微鏡を提供することを目的とするもの
である。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a scanning refractive index microscope capable of accurately visualizing the refractive index distribution of a sample.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明による走査型屈折
率顕微鏡は、前述のような試料台と、光源と、送光光学
系と、光点の2次元走査手段と、試料からの透過光を点
像に結像させる受光光学系と、上記点像を検出する光検
出器とからなる走査型顕微鏡において、上記点像の結像
位置近辺に配された絞りと、上記光検出器の出力信号を
画素分割して、試料上の各画素毎の光量信号を得る手段
と、上記絞りを光軸方向に移動させる手段と、この絞り
の移動にともなって変化する各画素毎の光量信号が最大
値を取るときの絞り位置を、各画素毎に求める絞り位置
検出手段と、この絞り位置検出手段が求めた絞り位置に
基づいて各画素毎の試料屈折率を求める演算手段とが設
けられてなるものである。
A scanning type refractive index microscope according to the present invention comprises a sample stage, a light source, a light-sending optical system, a light spot two-dimensional scanning means, and a transmitted light from a sample as described above. In a scanning microscope including a light-receiving optical system for forming a point image and a photodetector for detecting the point image, an aperture arranged near the point image forming position and the output of the photodetector. The signal is divided into pixels to obtain a light quantity signal for each pixel on the sample, a means for moving the diaphragm in the optical axis direction, and a light quantity signal for each pixel that changes with the movement of the diaphragm is maximum. An aperture position detecting means for obtaining the aperture position when taking a value for each pixel and an arithmetic means for obtaining the sample refractive index for each pixel based on the aperture position obtained by the aperture position detecting means are provided. It is a thing.

【0008】[0008]

【作用および発明の効果】一例として、図5に示す系を
考える。この系において照明光11は、送光光学系の一部
を構成する対物レンズ17の作用で試料23中で光点Pに収
束する。試料23を透過した透過光11’は、受光光学系を
構成する対物レンズ19および集光レンズ27により、点像
Qに結像せしめられる。そしてこの点像Qの光量が、絞
りとしてのピンホール板28を介して光検出器29によって
検出される。
ACTION AND EFFECT OF THE INVENTION As an example, consider the system shown in FIG. In this system, the illumination light 11 is focused on the light point P in the sample 23 by the action of the objective lens 17 which constitutes a part of the light transmission optical system. The transmitted light 11 ′ that has passed through the sample 23 is formed into a point image Q by the objective lens 19 and the condenser lens 27 that form the light receiving optical system. Then, the light quantity of this point image Q is detected by the photodetector 29 via the pinhole plate 28 as a diaphragm.

【0009】ここで、光点Pが照射する部分の試料23の
屈折率がn0 のとき、透過光11’は同図(1) に示すよう
に対物レンズ19から平行光状態で出射するものとする。
この場合は、ピンホール板28が図中F3 ’の位置つまり
集光レンズ27の後側焦点にあるとき、光検出器29の検出
光量が最大となる。次に光点Pの部分の試料23の屈折率
が上記n0 と異なるn1 であるとき、透過光11’の光路
が同図(2) のように変化したとする。この場合は、点像
Qが上記後側焦点F3 ’からz3 ’離れた位置で結像す
るので、この位置にピンホール板28があるときに、光検
出器29の検出光量が最大となる(なお好ましくは、この
ピンホール板28と一体的に光検出器29も移動させる)。
ここで上記の距離z3 ’は、n0 およびn1 によって定
まる関係に従って変化するので、予め基準試料を使用し
てその屈折率n0 を調べておけば、このz3 ’の量に基
づいて屈折率n1 が分かることになる。
Here, when the refractive index of the sample 23 in the portion irradiated by the light spot P is n 0 , the transmitted light 11 'is emitted from the objective lens 19 in a parallel light state as shown in FIG. And
In this case, when the pinhole plate 28 is at the position F 3 ′ in the figure, that is, at the rear focal point of the condenser lens 27, the amount of light detected by the photodetector 29 is maximum. Next, when the refractive index of the sample 23 in the portion of the light point P is n 1 which is different from n 0 , it is assumed that the optical path of the transmitted light 11 ′ is changed as shown in FIG. In this case, since the point image Q is formed at a position z 3 ′ away from the rear focal point F 3 ′, when the pinhole plate 28 is located at this position, the amount of light detected by the photodetector 29 is the maximum. (More preferably, the photodetector 29 is also moved integrally with the pinhole plate 28).
Since the above-mentioned distance z 3 'changes according to the relationship determined by n 0 and n 1 , if the refractive index n 0 is investigated beforehand using a reference sample, it is based on this amount of z 3 ' The refractive index n 1 will be known.

【0010】以下、上記の関係について説明する。図5
の系の各条件を図6のように示す。すなわち、対物レン
ズ19の前側、後側の媒質の屈折率をそれぞれn2
2 ’、同様に集光レンズ27の前側、後側の媒質の屈折
率をそれぞれn3 (=n2 ’)、n3 ’、対物レンズ19
および集光レンズ27の焦点距離を各々f2 、f3 、対物
レンズ19の前側および後側焦点をそれぞれF2
2 ’、集光レンズ27の前側および後側焦点を各々F3
およびF3 ’、対物レンズ19の前側焦点F2 と光点Pと
の距離をz2 、また前述のように集光レンズ27の後側焦
点F3 ’と点像Qとの距離をz3 ’とし、そして焦点F
2 ’とF3 との距離をLとする。また対物レンズ19によ
る結像位置を考え、この結像位置と対物レンズ19の後側
焦点F2 ’との距離をz2 ’、この結像位置と集光レン
ズ27の前側焦点F3 との距離をz3 とすると、ニュート
ンの公式より、
The above relationship will be described below. Figure 5
Each condition of the system is shown in FIG. That is, the refractive indices of the media on the front side and the rear side of the objective lens 19 are n 2 and
n 2 ′, similarly, the refractive indices of the media on the front side and the rear side of the condenser lens 27 are n 3 (= n 2 ′), n 3 ′, and the objective lens 19 respectively.
And the focal lengths of the condenser lens 27 are f 2 , f 3 , respectively, and the front and rear focal points of the objective lens 19 are F 2 , respectively.
F 2 'and the front and rear focal points of the condenser lens 27 are respectively F 3
And F 3 ′, the distance between the front focus F 2 of the objective lens 19 and the light spot P is z 2 , and the distance between the rear focus F 3 ′ of the condenser lens 27 and the point image Q is z 3 as described above. 'And focus F
The distance between the 2 'and F 3 and L. Considering the image forming position by the objective lens 19, the distance between this image forming position and the rear focus F 2 ′ of the objective lens 19 is z 2 ′, and this image forming position and the front focus F 3 of the condenser lens 27 are Given that the distance is z 3 , from Newton's formula,

【0011】[0011]

【数1】 [Equation 1]

【0012】となる。また試料23の厚さをdとすると[0012] If the thickness of sample 23 is d

【0013】[0013]

【数2】 [Equation 2]

【0014】であるから、上記(1) 式にこれを代入し、
また特にL=0とし、そして空気中使用としてn2 =n
2 ’=n3 =n3 ’=1とすれば、
Therefore, by substituting this into the above equation (1),
In particular, L = 0 and n 2 = n for use in air
If 2 '= n 3 = n 3 ' = 1 and,

【0015】[0015]

【数3】 [Equation 3]

【0016】となる。以上より、試料厚さdと焦点距離
2 およびf3 が既知であれば、上記(2) 式に基づいて
距離z3 ’から試料屈折率n1 が分かることになる。
[0016] From the above, if the sample thickness d and the focal lengths f 2 and f 3 are known, the sample refractive index n 1 can be known from the distance z 3 ′ based on the equation (2).

【0017】なおL=0とすれば上述の通り好都合であ
るが、特にそのようにしなくてもよい。しかしL≠0の
場合は、上記(1) 式が示すz2 とz3 ’との関係は概ね
図7に示すものとなり、もしz2 の変化範囲が例えば同
図のWの範囲となるような場合は、z2 とz3 ’とが一
義的に対応しないことになる。これは結局、z3 ’と試
料屈折率n1 とが一義的に対応しないことを意味する。
そのようなことを避けるためには、想定されるz2 の最
大絶対値をΔzとしたとき、
It is convenient to set L = 0 as described above, but it is not necessary to do so. However, when L ≠ 0, the relationship between z 2 and z 3 'shown by the above equation (1) is approximately as shown in FIG. 7, and if the change range of z 2 is, for example, the range of W in the same figure. In that case, z 2 and z 3 ′ do not uniquely correspond to each other. This means that z 3 ′ and the sample refractive index n 1 do not uniquely correspond to each other after all.
In order to avoid such a situation, when the assumed maximum absolute value of z 2 is Δz,

【0018】[0018]

【数4】 [Equation 4]

【0019】を満たすようにLを定めておけばよい。It suffices to set L so as to satisfy the above condition.

【0020】以上説明した通り本発明の走査型屈折率顕
微鏡は、透過光の光量そのものではなく、試料の屈折率
の違いによる透過光の結像位置変化に基づいて試料屈折
率を可視像化する構成となっているので、試料の光透過
率や反射率等の影響を受けないで、試料の純粋な屈折率
情報を得ることが可能となる。
As described above, the scanning refractive index microscope of the present invention visualizes the sample refractive index based on the change in the image forming position of the transmitted light due to the difference in the refractive index of the sample, not the light amount of the transmitted light itself. With such a configuration, it is possible to obtain pure refractive index information of the sample without being affected by the light transmittance and reflectance of the sample.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例による共焦
点走査型屈折率顕微鏡を示すものであり、また図2はそ
のII−II線矢視図である。なおこの実施例の走査型屈折
率顕微鏡は、試料拡大像を撮像する通常の走査型顕微鏡
としても使用可能に形成されたものである。まず、通常
の走査型顕微鏡としての構成について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a confocal scanning refractive index microscope according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a II-II line arrow view thereof. The scanning refractive index microscope of this embodiment is formed so as to be usable also as a normal scanning microscope for capturing a magnified image of a sample. First, the configuration of a normal scanning microscope will be described.

【0022】図示されるように、例えばArレーザ等の
単色光レーザ10からは、照明光としてのレーザビーム11
が射出される。この照明光11はレンズ12aおよび12bか
らなるコリメート光学系12で平行光化され、矢印X方向
すなわち水平方向に進行し、移動台15に固定されたミラ
ー16に入射する。
As shown in the drawing, a laser beam 11 as illumination light is emitted from a monochromatic laser 10 such as an Ar laser.
Is ejected. The illumination light 11 is collimated by a collimating optical system 12 including lenses 12a and 12b, travels in the direction of arrow X, that is, in the horizontal direction, and is incident on a mirror 16 fixed to a moving table 15.

【0023】上記ミラー16は移動台15において、X方向
に対して45°の角度をなして固定されており、照明光11
は該ミラー16から真下に向かって(つまりZ方向に)射
出する。移動台15には、上記コリメート光学系12ととも
に送光光学系を構成する対物レンズ(コンデンサーレン
ズ)17が保持されている。また移動台15には、受光光学
系の一部を構成する対物レンズ19が保持されている。上
記2つのレンズ17、19は、互いに光軸を一致させて固定
されている。また両レンズ17、19の間には、移動台15と
別体とされた試料台22が配されている。そして移動台15
には、レンズ光軸に対して45°傾斜する状態にして、ミ
ラー20が固定されている。このミラー20は、試料台22に
載置された試料23を透過した透過光11’をX方向(上記
とは逆向きの方向)に反射させる。
The mirror 16 is fixed on the movable table 15 at an angle of 45 ° with respect to the X direction.
Is emitted downward from the mirror 16 (that is, in the Z direction). The movable table 15 holds an objective lens (condenser lens) 17 that constitutes a light-sending optical system together with the collimating optical system 12. Further, the movable table 15 holds an objective lens 19 which constitutes a part of the light receiving optical system. The two lenses 17 and 19 are fixed so that their optical axes coincide with each other. A sample table 22 which is a separate body from the movable table 15 is arranged between the lenses 17 and 19. And moving table 15
The mirror 20 is fixed to the mirror 20 in a state of being inclined by 45 ° with respect to the lens optical axis. The mirror 20 reflects the transmitted light 11 ′ transmitted through the sample 23 mounted on the sample table 22 in the X direction (direction opposite to the above).

【0024】平行光状態の照明光11は対物レンズ17によ
って集光され、試料台22に載置された試料23上(表面あ
るいは内部)で微小な光点(ビームスポット)Pに収束
する。試料23を透過した透過光11’の光束は対物レンズ
19によって平行光あるいはそれに近い状態とされ、一部
はミラー20を透過した後、集光レンズ24によって集光さ
れて点像Q1に結像する。この点像Q1の光量は、コン
フォーカルピンホール板26を介して光電子増倍管等の光
検出器25によって検出され、そこからはこの光量を示す
透過光検出信号S1が出力される。
The illumination light 11 in the parallel light state is condensed by the objective lens 17 and converges on a minute light spot (beam spot) P on the sample 23 (surface or inside) mounted on the sample table 22. The light flux of the transmitted light 11 'transmitted through the sample 23 is the objective lens.
The light is made into parallel light or a state close to it by 19 and a part of the light passes through the mirror 20 and is then condensed by the condenser lens 24 to form a point image Q1. The light quantity of the point image Q1 is detected by a photodetector 25 such as a photomultiplier tube through the confocal pinhole plate 26, and a transmitted light detection signal S1 indicating this light quantity is output from the photodetector 25.

【0025】次に、照明光光点Pの2次元走査について
説明する。上記移動台15と架台36との間には、主走査用
積層ピエゾ素子37が介装されている。この積層ピエゾ素
子37はピエゾ素子駆動回路38から駆動電力を受けて駆動
し、移動台15をレンズ17、19の光軸と直交するX方向に
高速で往復移動させる。一方試料台22と架台36との間に
は、積層ピエゾ素子40、41が介装されている。積層ピエ
ゾ素子40はピエゾ素子駆動回路42から駆動電力を受けて
駆動し、試料台22をY方向に高速で往復移動させる。そ
れにより試料台22は移動台15に対して相対移動され、前
記光点Pが試料23上を、主走査方向Xと直交するY方向
に副走査する。以上のようにして照明光光点Pが試料23
上を2次元的に走査することにより、該試料23の2次元
拡大像を担持する信号S1が得られる。
Next, the two-dimensional scanning of the illumination light spot P will be described. A main scanning laminated piezoelectric element 37 is interposed between the movable table 15 and the gantry 36. The laminated piezo element 37 is driven by receiving driving power from the piezo element driving circuit 38, and reciprocates the moving table 15 at high speed in the X direction orthogonal to the optical axes of the lenses 17 and 19. On the other hand, laminated piezo elements 40 and 41 are interposed between the sample table 22 and the gantry 36. The laminated piezo element 40 is driven by receiving drive power from the piezo element drive circuit 42, and reciprocates the sample stage 22 at high speed in the Y direction. As a result, the sample table 22 is moved relative to the movable table 15, and the light spot P sub-scans the sample 23 in the Y direction orthogonal to the main scanning direction X. As described above, the illumination light spot P is the sample 23.
By scanning the top two-dimensionally, a signal S1 carrying a two-dimensional magnified image of the sample 23 is obtained.

【0026】この信号S1を所定のピクセルクロックに
基づいてサンプリング、量子化した後、それをCRT表
示装置等の表示装置や、光走査記録装置等の画像再生装
置65に入力すれば、該信号S1が担持する顕微鏡像を再
生して観察可能となる。
If this signal S1 is sampled and quantized based on a predetermined pixel clock and then input to a display device such as a CRT display device or an image reproducing device 65 such as an optical scanning recording device, the signal S1 is obtained. It becomes possible to reproduce and observe the microscope image carried by.

【0027】また、上端に上記副走査用積層ピエゾ素子
40を固定し、下端が粗動ステージ44を介して架台36に取
り付けられた積層ピエゾ素子41は、ピエゾ素子駆動回路
43から駆動電力を受けて駆動し、試料台22を保持した積
層ピエゾ素子40を、主、副走査方向X、Yと直交するZ
方向、(レンズ17、19の光軸方向)に移動させる。それ
によりフォーカシング調整が可能となる。
The sub-scanning laminated piezoelectric element is provided at the upper end.
40 is fixed, and the lower end is attached to the pedestal 36 via the coarse movement stage 44.
The laminated piezo element 40, which is driven by receiving driving power from 43 and holds the sample table 22, is perpendicular to the main and sub scanning directions X and Y.
Direction (the optical axis direction of the lenses 17 and 19). This enables focusing adjustment.

【0028】なおピエゾ素子駆動回路38および42には、
制御回路45から同期信号が入力され、それにより、光点
Pの主走査および副走査の同期が取られる。また粗動ス
テージ44は手動で、あるいは駆動手段を用いてY方向に
大きく移動可能であり、こうして試料台22を動かすこと
により、試料23の交換を容易に行なうことができる。
The piezo element drive circuits 38 and 42 include
A synchronization signal is input from the control circuit 45, whereby the main scanning and the sub scanning of the light spot P are synchronized. Further, the coarse movement stage 44 can be largely moved in the Y direction manually or by using a driving means. By moving the sample table 22 in this way, the sample 23 can be easily replaced.

【0029】次に、この走査型顕微鏡の屈折率顕微鏡と
しての構成について説明する。透過光11’の一部はミラ
ー20で反射して、移動台15外に出射する。この透過光1
1’は対物レンズ19とともに受光光学系を構成する集光
レンズ27によって集光されて、点像Qに結像する。この
点像Qの光量は、コンフォーカルピンホール板28を介し
て、光電子増倍管等の光検出器29によって検出され、そ
こからはこの光量を示す光量信号Sが出力される。
Next, the structure of this scanning microscope as a refractive index microscope will be described. A part of the transmitted light 11 'is reflected by the mirror 20 and emitted to the outside of the moving table 15. This transmitted light 1
1'is condensed by a condenser lens 27 which constitutes a light receiving optical system together with the objective lens 19 and forms a point image Q. The light quantity of the point image Q is detected by a photodetector 29 such as a photomultiplier tube via the confocal pinhole plate 28, and a light quantity signal S indicating this light quantity is output from the photodetector 29.

【0030】上記ピンホール板28と光検出器29とは、一
体的に移動ステージ50に保持されている。この移動ステ
ージ50はピエゾ素子51により、z方向つまり集光レンズ
27の光軸方向に移動可能となっている。また移動ステー
ジ50の変位、すなわちピンホール板28の移動位置は変位
計52によって検出され、その変位出力Szはアンプ53で
増幅されてからフィードバック制御回路54に入力され
る。なおこの変位は、集光レンズ27の後側焦点F3
(図5参照)とピンホール板28との距離として規定され
る。
The pinhole plate 28 and the photodetector 29 are integrally held by the moving stage 50. This moving stage 50 uses a piezo element 51 to move in the z direction, that is, a condenser lens.
It is movable in the 27 optical axis directions. The displacement of the moving stage 50, that is, the moving position of the pinhole plate 28 is detected by a displacement gauge 52, and its displacement output Sz is amplified by an amplifier 53 and then input to a feedback control circuit 54. This displacement is due to the rear focus F 3 'of the condenser lens 27.
It is defined as the distance between the pinhole plate 28 (see FIG. 5) and the pinhole plate 28.

【0031】上記フィードバック制御回路54は、コンピ
ュータ55から入力された変位指定信号Mzに応じた駆動
信号Mpを出力する。この駆動信号Mpはアンプ56で増
幅されてからピエゾ素子51に入力され、この駆動信号M
pに基づいてピエゾ素子51が駆動される。フィードバッ
ク制御回路54は、そこに入力される変位出力Szが示す
移動ステージ50の実際の変位が、上記変位指定信号Mz
が示す目標変位と一致するように駆動信号Mpを制御す
る。
The feedback control circuit 54 outputs a drive signal Mp according to the displacement designation signal Mz input from the computer 55. The drive signal Mp is amplified by the amplifier 56 and then input to the piezo element 51.
The piezo element 51 is driven based on p. The feedback control circuit 54 determines that the actual displacement of the moving stage 50 indicated by the displacement output Sz input thereto is the displacement designation signal Mz.
The drive signal Mp is controlled so as to match the target displacement indicated by.

【0032】次に、コンピュータ55による試料屈折率像
の構成について説明する。光検出器29が出力する光量信
号Sは、アンプ57で増幅された後、A/D変換器により
サンプリング、量子化されて、デジタルの光量データI
に変換される。この光量データIはコンピュータ55に入
力される。本実施例においては一例として、主走査方向
が512 画素、副走査方向が480 画素の像が構成される。
すなわち、主走査方向第m番目で副走査方向第n番目の
画素についての光量データをI(m,n)と表わすと、
コンピュータ55にはI(1,1)、I(2,1)、I
(3,1)……I(512 ,1)、I(1,2)、I
(2,2)……I(512 ,480 )の順で光量データが入
力される。
Next, the structure of the sample refractive index image by the computer 55 will be described. The light amount signal S output from the photodetector 29 is amplified by the amplifier 57, sampled and quantized by the A / D converter, and then converted into digital light amount data I.
Is converted to. The light amount data I is input to the computer 55. In the present embodiment, as an example, an image having 512 pixels in the main scanning direction and 480 pixels in the sub scanning direction is formed.
That is, when the light amount data for the m-th pixel in the main scanning direction and the n-th pixel in the sub-scanning direction is expressed as I (m, n),
The computer 55 has I (1,1), I (2,1), I
(3,1) ... I (512,1), I (1,2), I
(2, 2) ... Light quantity data is input in the order of I (512, 480).

【0033】そしてコンピュータ55は、主走査1ライン
分の512 の光量データIを一時的に記憶するラインバッ
ファメモリ60と、1画像分すなわち512 ×480 の光量デ
ータIを記憶する第1メモリ61と、同じく1画像分512
×480 の移動ステージ変位データを記憶する第2メモリ
62とを有している。
The computer 55 has a line buffer memory 60 for temporarily storing 512 light amount data I for one main scanning line, and a first memory 61 for storing one image, that is, 512 × 480 light amount data I. , 512 for one image
Second memory for storing x480 movement stage displacement data
62 and.

【0034】次に、コンピュータ55による試料屈折率デ
ータの形成について、その処理の基本的な流れを示す図
3を参照して説明する。コンピュータ55はこの処理がス
タートするとまずステップP1において、移動ステージ
50の位置決めを行なう。この移動ステージ50は、z方向
の初期位置zp から最終位置ze まで、所定の微小ピッ
チずつずらして移動されるようになっており、最初は上
記初期位置zp に位置決めされる。このコンピュータ55
による位置決め操作は、具体的には、前述の変位指定信
号Mzの出力である。
Next, formation of sample refractive index data by the computer 55 will be described with reference to FIG. 3 showing a basic flow of the processing. When this process starts, the computer 55 first moves to the moving stage in step P1.
Position 50. The moving stage 50 is moved from the initial position z p in the z direction to the final position z e with a predetermined small pitch shift, and is initially positioned at the initial position z p . This computer 55
Specifically, the positioning operation by is the output of the displacement designation signal Mz described above.

【0035】次にコンピュータ55はステップP2におい
て、照明光光点Pの主、副走査を開始させる。この走査
開始の指令は具体的には、前記制御回路45へピエゾ素子
駆動開始信号を入力する操作である。次にコンピュータ
55はステップP3において、第1主走査ライン分の512
画素についての各光量データInew を記憶させる。次に
ステップP4においては、前記第1メモリ61に記憶され
ている第1主走査ライン分の512 画素についての各光量
データIold と上記新規の光量データInew とが、第
1、第2、第3…第512 画素の順で、共通画素について
のデータ毎に比較される。ここで第1メモリ61には当初
512 ×480 個の光量データIold として、光量ゼロを示
すデータが格納されているので、1主走査ライン分の51
2 個の画素すべてに関して必ずIold <Inew となり、
処理はステップP5に移る。
Next, in step P2, the computer 55 starts main scanning and sub scanning of the illumination light spot P. This scanning start command is specifically an operation of inputting a piezo element drive start signal to the control circuit 45. Then computer
In step P3, 55 is 512 for the first main scanning line.
Each light quantity data Inew for the pixel is stored. Next, in step P4, the light amount data Iold and the new light amount data Inew for the 512 pixels of the first main scanning line stored in the first memory 61 are divided into the first, second and third values. ... The data of the common pixel is compared for each data in the order of the 512th pixel. Here, the first memory 61 is initially
As 512 × 480 light quantity data Iold, data indicating a light quantity of zero is stored.
Iold <Inew for all two pixels,
The process proceeds to step P5.

【0036】ステップP5においては、第1メモリ61に
記憶されていた各画素についての光量データIold と入
れ替えて、それよりも大の当該画素についての新規デー
タInew が記憶されるとともに、そのときコンピュータ
55が指定している移動ステージ50の位置zが第2メモリ
62の当該画素用のアドレスに記憶される。
In step P5, the light amount data Iold for each pixel stored in the first memory 61 is replaced with new data Inew for the pixel larger than that, and at the same time, the computer
The position z of the moving stage 50 designated by 55 is the second memory
It is stored in the address of 62 for the pixel.

【0037】次にステップP6においては、このステッ
プP6に処理が流れて来た回数mが512 に達したか否か
が判別され、達していなければ処理の流れはステップP
4に戻る。以上のようにして、第1主走査ラインに関す
る512 個の新規光量データInew がすべて第1メモリ61
に記憶される。
Next, at step P6, it is judged if the number m of times the process has flown to this step P6 has reached 512. If not, the process flow goes to step P6.
Return to 4. As described above, all 512 new light amount data Inew relating to the first main scanning line are stored in the first memory 61.
Memorized in.

【0038】ステップP6においてm=512 と判別され
ると処理の流れはステップP7に移る。このステップP
7においては、このステップP7に処理が流れて来た回
数nが480 に達したか否かが判別され、達していなけれ
ば処理の流れはステップP3に戻る。以上のようにし
て、第1主走査ラインから第480 主走査ラインに関する
512 ×480 個の新規光量データInew がすべて第1メモ
リ61に記憶される。
If it is determined in step P6 that m = 512, the flow of processing moves to step P7. This step P
In step 7, it is judged whether or not the number n of times the process has flown to step P7 has reached 480. If not, the flow of processing returns to step P3. As described above, regarding the 1st main scanning line to the 480th main scanning line
All 512 × 480 new light intensity data Inew are stored in the first memory 61.

【0039】ステップP7においてn=480 と判別され
ると、次にステップP8において、移動ステージ50の位
置zが最終位置ze に達したか否かが判別され、達して
いなければステップ9において移動ステージ50の位置z
が最終位置ze 側に所定ピッチ変更された上で、処理の
流れはステップP1に戻る。このようにして、移動ステ
ージ50の位置zを変更する毎に、上述したステップP1
からステップP7までの処理がなされる。
If n = 480 is determined in step P7, it is then determined in step P8 whether or not the position z of the moving stage 50 has reached the final position z e. Position of stage 50 z
Is changed to the final position z e by a predetermined pitch, and the flow of processing returns to step P1. Thus, every time the position z of the moving stage 50 is changed, the above-mentioned step P1
The processes from to P7 are performed.

【0040】そして、一度ステップ9において移動ステ
ージ50の位置zが変更された後は、つまり第2番目以降
の画像に関しては、ステップ4においてIold <Inew
ではないと判別されることも当然あり得る。その場合、
処理の流れはステップP6に移る。つまりこの場合は、
第1メモリ61に記憶されている光量データIold がその
まま残される。以上の処理が、ステップP8においてz
=ze と判別されるまでなされると、第2メモリ62に
は、512 ×480 個の各画素毎に最大光量データIが得ら
れた際のz位置が記憶されることになる。
After the position z of the moving stage 50 has been changed once in step 9, that is, for the second and subsequent images, in step 4 Iold <Inew
Of course, it may be determined that it is not. In that case,
The process flow moves to step P6. So in this case,
The light amount data Iold stored in the first memory 61 is left as it is. The above process is performed in step P8.
= When done until it is determined that z e, the second memory 62, so that the z position when the maximum light quantity data I is obtained for each pixel of 512 × 480 pieces is stored.

【0041】コンピュータ55は、ステップP8において
z=ze と判別されると、ステップP10において、第2
メモリ62に蓄えられたz位置データに基づいて各画素毎
の試料屈折率n1 を演算する。すなわち、上記の最大光
量データIが得られるのは、図5の点像Qの結像位置に
ちょうどピンホール板28が位置したときであり、このと
きのz位置がすなわち図5のz3 ’位置である。そこで
コンピュータ55は前述した(2) 式に基づいて、上記
3 ’の値から試料屈折率n1 を演算する。ここで、予
め屈折率n0 が分かっている基準試料を用いて、その厚
さdを測定するとともに、焦点距離f2 およびf3 を測
定しておき、
The computer 55, when it is judged z = z e in step P8, in step P10, the second
The sample refractive index n 1 for each pixel is calculated based on the z position data stored in the memory 62. That is, the maximum light amount data I is obtained when the pinhole plate 28 is located exactly at the image forming position of the point image Q of FIG. 5, and the z position at this time is z 3 'of FIG. The position. Therefore, the computer 55 calculates the sample refractive index n 1 from the value of z 3 ′ based on the above-mentioned equation (2). Here, using a reference sample whose refractive index n 0 is known in advance, its thickness d is measured, and the focal lengths f 2 and f 3 are measured,

【0042】[0042]

【数5】 [Equation 5]

【0043】とおけば、(2) 式より、From the equation (2),

【0044】[0044]

【数6】 [Equation 6]

【0045】として試料23の屈折率n1 が求められる。As a result, the refractive index n 1 of the sample 23 is obtained.

【0046】なお、屈折率n0 およびkは定数であるか
ら、上式のz3 ’とn1 との関係は概ね図4に示すよう
なものとなる。この図から明らか通り、z3 ’の値に従
って屈折率n0 が一義的に求められ得る。
Since the refractive indices n 0 and k are constants, the relationship between z 3 'and n 1 in the above equation is approximately as shown in FIG. As is clear from this figure, the refractive index n 0 can be uniquely obtained according to the value of z 3 ′.

【0047】コンピュータ55は、以上のようにして512
×480 個の各画素毎に屈折率n1 を求め、その屈折率n
1 の値を濃度値に変換してなる画像データSnを出力す
る。この画像データSnを例えばCRT表示装置や光走
査記録装置等の画像再生装置65に入力すれば、屈折率分
布が濃度変化で示される試料23の拡大像を再生すること
ができる。
The computer 55 is thus 512
The refractive index n 1 is calculated for each of the × 480 pixels, and the refractive index n 1 is calculated.
The image data Sn obtained by converting the value of 1 into the density value is output. By inputting this image data Sn into an image reproducing device 65 such as a CRT display device or an optical scanning recording device, it is possible to reproduce an enlarged image of the sample 23 in which the refractive index distribution shows a density change.

【0048】なお本実施例において、照明光11は移動台
15の移動方向つまり主走査方向Xに進行してミラー16に
入射するので、移動台15内において照明光11は、該移動
台15のX方向位置にかかわらず、常に平行光状態でか
つ、そのビーム中心がレンズ17、19および24の光軸と一
致する状態に保たれる。また透過光11’もミラー20から
上記主走査方向Xと同じ向きに出射するので、移動台15
のX方向位置にかかわらず、透過光11’のビーム中心が
レンズ27の光軸と一致する状態が保たれる。
In this embodiment, the illumination light 11 is used as the moving table.
Since the light travels in the moving direction of 15, i.e., the main scanning direction X, and enters the mirror 16, the illumination light 11 in the moving table 15 is always in a parallel light state regardless of the position of the moving table 15 in the X direction. The beam center is kept in alignment with the optical axes of lenses 17, 19 and 24. Further, since the transmitted light 11 'is also emitted from the mirror 20 in the same direction as the main scanning direction X, the moving table 15'
The beam center of the transmitted light 11 ′ is kept aligned with the optical axis of the lens 27 regardless of the position in the X direction.

【0049】また、照明光光点Pの走査方式によって
は、対物レンズ19から出射する透過光11’が平行光状態
でないとき、図5に破線で示すように、照明光光点Pの
走査に従って点像Qが移動してしまうことがある。その
ような場合には、光検出器29の前に置く絞りとしてピン
ホール板28に代えて、点像移動方向に沿って延びるスリ
ットを有するスリット板を用いればよい。
Depending on the scanning method of the illumination light light point P, when the transmitted light 11 'emitted from the objective lens 19 is not in the parallel light state, as shown by the broken line in FIG. The point image Q may move. In such a case, instead of the pinhole plate 28 as a diaphragm placed in front of the photodetector 29, a slit plate having a slit extending along the point image moving direction may be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による走査型屈折率顕微鏡を
示す概略側面図
FIG. 1 is a schematic side view showing a scanning refractive index microscope according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のII−II線矢視図FIG. 2 is a view taken along the line II-II in FIG.

【図3】上記走査型屈折率顕微鏡において試料屈折率デ
ータを形成する処理の流れを示すフローチャート
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of processing for forming sample refractive index data in the scanning refractive index microscope.

【図4】上記走査型屈折率顕微鏡における絞り位置と試
料屈折率との関係の概略を示すグラフ
FIG. 4 is a graph showing an outline of a relationship between a diaphragm position and a sample refractive index in the scanning refractive index microscope.

【図5】上記走査型屈折率顕微鏡の光学系の要部を示す
側面図
FIG. 5 is a side view showing a main part of an optical system of the scanning refractive index microscope.

【図6】図5の光学系における光学的条件を示すための
概略図
FIG. 6 is a schematic diagram for showing optical conditions in the optical system of FIG.

【図7】本発明の走査型屈折率顕微鏡における対物レン
ズの前側焦点および照明光光点間の距離と、集光レンズ
の後側焦点および点像間の距離との関係の概略を示すグ
ラフ
FIG. 7 is a graph showing the outline of the relationship between the distance between the front focus and the illumination light spot of the objective lens and the distance between the rear focus and the point image of the condenser lens in the scanning refractive index microscope of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 単色光レーザ 11 照明光 11’ 透過光 12 コリメート光学系 15 移動台 20 ミラー 17、19 対物レンズ 22 試料台 23 試料 24、27 集光レンズ 25、29 光検出器 26、28 コンフォーカルピンホール板(絞り) 36 架台 37、40、41 積層ピエゾ素子 38、42、43 ピエゾ素子駆動回路 45 制御回路 50 移動ステージ 51 ピエゾ素子 52 変位計 54 フィードバック制御回路 55 コンピュータ 58 A/D変換器 60 ラインバッファメモリ 61 第1メモリ 62 第2メモリ 65 画像再生装置 10 Monochromatic laser 11 Illumination light 11 'Transmitted light 12 Collimating optical system 15 Moving stage 20 Mirror 17, 19 Objective lens 22 Sample stage 23 Sample 24, 27 Condensing lens 25, 29 Photodetector 26, 28 Confocal pinhole plate ( Aperture) 36 Stand 37, 40, 41 Multilayer piezo element 38, 42, 43 Piezo element drive circuit 45 Control circuit 50 Moving stage 51 Piezo element 52 Displacement meter 54 Feedback control circuit 55 Computer 58 A / D converter 60 Line buffer memory 61 First memory 62 Second memory 65 Image playback device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料が載置される試料台と、 照明光を発する光源と、 この照明光を試料上において微小な光点として結像させ
る送光光学系と、 前記試料からの透過光を集光して点像に結像させる受光
光学系と、 この点像の結像位置近辺に配された絞りと、 この絞りを通過した前記透過光を検出する光検出器と、 前記光点を試料上において2次元走査させる手段と、 前記光検出器の出力信号を画素分割して、試料上の各画
素毎の光量信号を得る手段と、 前記絞りを光軸方向に移動させる手段と、 この絞りの移動にともなって変化する前記各画素毎の光
量信号が最大値を取るときの絞り位置を、各画素毎に求
める絞り位置検出手段と、 この絞り位置検出手段が求めた絞り位置に基づいて各画
素毎の試料屈折率を求める演算手段とからなる走査型屈
折率顕微鏡。
1. A sample table on which a sample is placed, a light source that emits illumination light, a light transmission optical system that forms an image of the illumination light as a minute light spot on the sample, and a transmitted light from the sample. A light receiving optical system for condensing and forming an image in a point image, a diaphragm arranged near the image forming position of the point image, a photodetector for detecting the transmitted light passing through the diaphragm, and the light spot A means for two-dimensionally scanning on the sample; a means for dividing the output signal of the photodetector into pixels to obtain a light quantity signal for each pixel on the sample; and a means for moving the diaphragm in the optical axis direction. Based on the aperture position detection means for obtaining for each pixel, the aperture position when the light amount signal for each pixel, which changes with the movement of the aperture, takes the maximum value, and the aperture position obtained by this aperture position detection means. A calculation means for calculating the sample refractive index for each pixel. Type refractive index microscope.
JP17544692A 1992-07-02 1992-07-02 Scanning refractive index microscope Withdrawn JPH0618412A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17544692A JPH0618412A (en) 1992-07-02 1992-07-02 Scanning refractive index microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17544692A JPH0618412A (en) 1992-07-02 1992-07-02 Scanning refractive index microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0618412A true JPH0618412A (en) 1994-01-25

Family

ID=15996225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17544692A Withdrawn JPH0618412A (en) 1992-07-02 1992-07-02 Scanning refractive index microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0618412A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5907637A (en) * 1994-07-20 1999-05-25 Fujitsu Limited Method and apparatus for compressing and decompressing data
JP2002323659A (en) * 2001-04-25 2002-11-08 Olympus Optical Co Ltd Confocal optical system and scanning confocal microscope using the same
JP2015221097A (en) * 2014-05-22 2015-12-10 株式会社トプコン Ophthalmologic apparatus
JP2019168418A (en) * 2018-03-26 2019-10-03 株式会社Screenホールディングス Imaging method and imaging device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5907637A (en) * 1994-07-20 1999-05-25 Fujitsu Limited Method and apparatus for compressing and decompressing data
JP2002323659A (en) * 2001-04-25 2002-11-08 Olympus Optical Co Ltd Confocal optical system and scanning confocal microscope using the same
JP2015221097A (en) * 2014-05-22 2015-12-10 株式会社トプコン Ophthalmologic apparatus
JP2019168418A (en) * 2018-03-26 2019-10-03 株式会社Screenホールディングス Imaging method and imaging device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5287252B2 (en) Laser scanning confocal microscope
US7761257B2 (en) Apparatus and method for evaluating optical system
JP4923541B2 (en) microscope
JPH0527177A (en) Scanning type microscope
EP2031428B1 (en) Microscope and Three-dimensional information acquisition method
JP6241858B2 (en) Confocal microscope
JPH01245104A (en) Microscope having device for measuring microscopic construction
JP2006184303A (en) Image inspecting device
TW200825450A (en) Automatic focus device and method thereof
JP4725967B2 (en) Minute height measuring device and displacement meter unit
JP6363477B2 (en) 3D shape measuring device
JP2002131646A (en) Method and apparatus for phase compensation of position signal and detection signal in scanning microscopic method and scanning microscope
JPH07333511A (en) Microscope
JPH0618412A (en) Scanning refractive index microscope
JP2009293925A (en) Error correction apparatus of optical inspection apparatus
JP2007304058A (en) Micro height measuring device
JPH09325278A (en) Confocal type optical microscope
JPH05224127A (en) Confocal scanning type differential interfere microscope
JP4528023B2 (en) Laser focusing optical system
JP4381687B2 (en) Total reflection fluorescence microscope
JP2003042720A (en) Height measuring apparatus
JP2004170573A (en) Two-dimensional test pattern used for color confocal microscope system and adjustment of the system
JPH01158302A (en) Optical measuring apparatus having autofocusing mechanism
JP2002311335A (en) Grating illumination microscope
JPH03251811A (en) Image pickup method of scanning type microscope

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19991005